一种超声波大量程测距系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型属于测距技术领域，设及一种超声波大量程测距系统。
【背景技术】
[0002] 超声波传感器纵向分辨率高，信息处理简单，性能好，价格低，对光照变化、烟雾灰 尘、色彩伪装、电磁干扰等环境具有极强的适应性。利用超声波测距在很多场合应用，例如 汽车防撞、车辆自动导航、机器人避障等。
[0003] 但是由于市场常见的超声波传感器波束角较大、指向性较差及超声波在空气中的 强烈衰减，大量程超声检测时回波信号极其微弱，回波信号信噪比较低，因此现有工业应用 领域的超声检测系统检测距离较近，一般小于10米，不满足大量程测量的需要。具体原因分 析如下：1)大量程超声波检测时，超声传感器波束角较大使能量过于分散。由于能量主要集 中在波束的中央部分，波束角较大使指向性不尖锐，能量过于分散，增大了被测物定位的不 确定区域;2)超声波幅值随着距离增大衰减强烈，超声波在空气中传播时，由于几何衰减和 吸收衰减，声压会随着传播距离的增加而呈现负指数形式衰减;3)超声波福射效率低，超声 传感器向空气介质中福射超声波时，超声传感器的高声阻抗与空气介质的低声阻抗无法有 效匹配，导致声波福射效率很低。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种超声波大量程测距 系统，该系统能够实现大量程测距。
[0005] 为达到上述目的，本实用新型所述的超声大量程测距系统包括上位机、数据采集 卡、微控制器、驱动电路、超声波发射传感器、信号放大电路、超声波接收传感器、发射聚能 罩、接收聚能罩、W及用于提供电能的系统电源模块；
[0006] 微控制器的输出端与驱动电路的输入端及数据采集卡的输入端相连接，驱动电路 的输出端与超声波发射传感器相连接，超声波接收传感器的输出端与信号放大电路的输入 端相连接，信号放大电路的输出端与数据采集卡的输入端相连接，数据采集卡的输出端与 上位机相连接；
[0007] 超声波发射传感器的福射面套接于发射聚能罩的喉部，超声波接收传感器的福射 面套接于接收聚能罩的喉部。
[000引还包括溫度修正模块，溫度修正模块与微控制器相连接。
[0009] 所述超声波发射传感器及超声波接收传感器的中屯、频率均为2沈化。
[0010] 所述驱动电路包括第一 Ξ极管、高压电源、第二Ξ极管、第ΞΞ极管、第四Ξ极管、 第五Ξ极管、第六Ξ极管、第一电阻及第二电阻；
[0011] 微控制器的输出端与第一 Ξ极管的基极、第四Ξ极管的基极、第ΞΞ极管的基极 及第六Ξ极管的基极相连接，第一电阻的一端、第二电阻的一端、第二Ξ极管的集电极及第 五Ξ极管的集电极均与高压电源相连接，第二Ξ极管的基极与第一电阻的另一端及第一 Ξ 极管的集电极相连接，第一 Ξ极管的发射极接地，第五Ξ极管的基极与第二电阻的另一端 及第四Ξ极管的集电极相连接，第四Ξ极管的发射极接地，超声波发射传感器与第二Ξ极 管的发射极、第五Ξ极管的发射极、第ΞΞ极管的集电极及第六Ξ极管的集电极相连接，第 ΞΞ极管的发射极及第六Ξ极管的发射极接地。
[0012] 所述信号放大电路为两级集成运算放大电路。
[0013] 所述信号放大电路包括第Ξ电阻、第一运算放大器、第四电阻及第二运算放大器、 第一滑动变阻器及第二滑动变阻器；
[0014] 超声波接收传感器的输出端与第Ξ电阻的一端相连接，第Ξ电阻的另一端与第一 运算放大器的反相输入端及第一滑动变阻器的一端相连接，第一运算放大器的同相输入端 接地，第一运算放大器的输出端与第一滑动变阻器的另一端及第四电阻的一端相连接，第 四电阻的另一端与第二运算放大器的反相输入端及第二滑动变阻器的一端相连接，第二运 算放大器的同相输入端接地，第二运算放大器的输出端与数据采集卡的输入端及第二滑动 变阻器的另一端相连接。
[0015] 本实用新型具有W下有益效果：
[0016] 本实用新型所述超声波大量程测距系统在测距的过程中，通过微控制器连续生成 若干超声波脉冲序列，所述超声波脉冲序列通过驱动电路放大为峰峰值为300V-600V的高 压脉冲序列，运样不仅使超声波发射传感器具有较大的发射功率，还容易实现高压脉冲序 列参数的控制，同时利用超声波发射传感器上的发射聚能罩W及超声波接收传感器上的接 收聚能罩改善超声波波束角较大、指向性较差及能量分散的问题，超声波接收传感器接收 的超声波信号通过信号放大电路进行放大W补偿超声波幅值随着距离增大的衰减，克服超 声大量程测量受限的因素，增大检测的距离，本实用新型的超声探测范围可达到30m。
【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型的原理图；
[0018] 图2 (a)为本实用新型的系统电源模块2中5V转3.3V电压转换电路图；
[0019] 图2(b)为本实用新型的系统电源模块2中±12V转±9V电压转换电路图；
[0020] 图3为本实用新型中驱动电路4的电路图；
[0021] 图4为本实用新型中信号放大电路9的电路图；
[0022] 图5为本实用新型中发射聚能罩6及接收聚能罩7的结构示意图。
[0023] 其中，1为溫度修正模块、2为系统电源模块、3为微控制器、4为驱动电路、5为超声 波发射传感器、6为发射聚能罩、7为接收聚能罩、8为超声波接收传感器、9为信号放大电路、 10为数据采集卡、11为上位机。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
[0025] 参考图1，本实用新型所述的超声大量程测距系统包括上位机11、数据采集卡10、 微控制器3、驱动电路4、超声波发射传感器5、信号放大电路9、超声波接收传感器8、发射聚 能罩6、接收聚能罩7、W及用于提供电能的系统电源模块2;微控制器3的输出端与驱动电路 4的输入端及数据采集卡10的输入端相连接，驱动电路4的输出端与超声波发射传感器5相 连接，超声波接收传感器8的输出端与信号放大电路9的输入端相连接，信号放大电路9的输 出端与数据采集卡10的输入端相连接，数据采集卡10的输出端与上位机11相连接;超声波 发射传感器5的福射面套接于发射聚能罩6的喉部，超声波接收传感器8的福射面套接于接 收聚能罩7的喉部。
[0026] 需要说明的是，本实用新型还包括溫度修正模块1，溫度修正模块1与微控制器3相 连接，通过所述溫度修正模块采集到的溫度信息对超声波的速度进行修正;超声波发射传 感器5及超声波接收传感器8的中屯、频率均为22曲Z。
[0027] 参考图3,所述驱动电路4包括第一 Ξ极管Q1、第二Ξ极管Q2、第ΞΞ极管Q3、第四 Ξ极管Q4、第五Ξ极管Q5、第六Ξ极管Q6、第一电阻R1及第二电阻R2;微控制器3的输出端与 第一 Ξ极管Q1的基极、第四Ξ极管Q4的基极、第ΞΞ极管Q3的基极及第六Ξ极管Q6的基极 相连接，第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第二Ξ极管Q2的集电极及第五Ξ极管Q5的 集电极均与高压电源相连接，第二Ξ极管Q2的基极与第一电阻R1的另一端及第一 Ξ极管Q1 的集电极相连接，第一 Ξ极管Q1的发射极接地，第五Ξ极管Q5的基极与第二电阻R2的另一 端及第四Ξ极管Q4的集电极相连接，第四Ξ极管Q4的发射极接地，超声波发射传感器5与第 二Ξ极管Q2的发射极、第五Ξ极管Q5的发射极、第ΞΞ极管Q3的集电极及第六Ξ极管Q6的 集电极相连接，第ΞΞ极管Q3的发射极及第六Ξ极管Q6的发射极接地，通过微控制器3实现 发射脉冲的个数、幅值、频率及占空比的控制。
[0028] 参考图4,所述信号放大电路9为两级集成运算放大电路;具体的，所述信号放大电 路9包括第Ξ电阻R3、第一运算放大器D1、第四电阻R4及第二运算放大器D2、第